Les vraies souffleries sont chères. Et les modèles réduits des objets testés pour leur résistance au vent sont également coûteux. En Formule 1, donc, l’ordinateur a depuis longtemps remplacé non seulement la bonne vieille planche à dessin pour concevoir les voitures de course, mais les équipes elles-mêmes s’appuient également de plus en plus sur des simulations CDF (Computational Fluid Dynamics) au lieu de tests élaborés en vent physique. Ce développement pourrait maintenant bientôt trouver sa place dans la conception de voitures, de navires et même d’avions.
En plus d’être beaucoup moins chère que les souffleries physiques, la représentation numérique des conditions d’écoulement présente un autre avantage majeur : les simulations numériques sont plus détaillées et fournissent des données plus rapidement que les expériences en soufflerie physique. Une équipe de scientifiques du Royaume-Uni, des États-Unis, du Japon, du Canada et d’Allemagne a maintenant montré comment les souffleries numériques pourraient être utilisées pour rendre les avions plus efficaces et économes en carburant.
Pour commencer, la conception d’aubes de turbines pour moteurs à réaction
Actuellement, les turbines des moteurs sont conçues à l’aide d’une combinaison de simulations Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) et d’essais en soufflerie. Les simulations RANS tentent de capturer le comportement d’un écoulement turbulent à l’aide de modèles approximatifs. Mais la précision de ces simulations laisse beaucoup à désirer, notamment pour les écoulements instationnaires. En outre, les tests réels en soufflerie sont non seulement coûteux, mais aussi longs et fournissent souvent des données limitées.
Voici une vidéo en anglais relatant ces faits :
Par conséquent, les simulations numériques directes sont de plus en plus répandues car elles sont plus précises et capturent directement tous les aspects de la physique des écoulements turbulents. Cela permet des prévisions précises même sans tests en soufflerie. Dans leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur l’optimisation de la conception des aubes de turbine pour les moteurs à réaction afin de réaliser de plus grandes économies de poids. Cela pourrait réduire la consommation de carburant des avions et en même temps réduire les émissions nocives pour le climat.
De nombreux domaines d’application possibles
Leurs simulations sont passionnantes pour plusieurs raisons, déclare l’auteur principal de l’article publié dans Computers & Fluids, le professeur Peter Vincent du département d’aéronautique de l’Impériale. Tout d’abord, ils leur fournissent des données plus précises et détaillées, ce qui leur permet d’en apprendre beaucoup sur la physique des écoulements sous-jacents et de les utiliser potentiellement pour former de nouveaux modèles de turbulence à l’aide d’approches d’apprentissage automatique.
Deuxièmement, grâce aux progrès du matériel informatique, il sera peut-être bientôt possible de collecter des données plus rapidement et à moindre coût que les tests physiques en soufflerie. Même si les tests en soufflerie numérique ne remplaceront pas les souffleries physiques avant plusieurs années, leur étude suggère que c’est une possibilité réelle maintenant, a déclaré Vincent. Alors que l’étude actuelle portait spécifiquement sur le test des aubes de turbine de moteur à réaction, les résultats pourraient être utiles dans de nombreux autres domaines, notamment la conception de sous-marins, de voitures, de gratte-ciel et d’éoliennes.
